Численное моделирование процесса заполнения водородного баллона, охлаждаемого жидким азотом


DOI: 10.34759/tpt-2021-13-7-308-317

Авторы

Зарубин В. С.1*, Зарубин С. В.1**, Зимин В. Н.1***, Осадчий Я. Г.2****

1. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия
2. ЗАО НПП «МАШТЕСТ», 141070, Россия, Московская обл., г. Королев

*e-mail: zarubin@bmstu.ru
**e-mail: sevlzaru@mail.ru
***e-mail: zimin@bmstu.ru
****e-mail: mashtest@mashtest.ru

Аннотация

Представлена математическая модель тепловых процессов при заполнении газообразным водородом металлокомпозитного баллона, снабженного внутренней системой охлаждения. В качестве хладоагента использован жидкий азот, протекающий по охлаждающим трубкам, расположенным непосредственно в полости баллона. Эффективный отвод тепловой энергии, выделяющейся в процессе заполнения баллона, позволяет снизить уровень нагрева водорода и при допустимом для баллона внутреннем давлении достигнуть значительно большей плотности водорода по сравнению с существующими аналогами. Из количественного анализа математической модели следует, что при завершении процесса заполнения баллона значение плотности охлажденного газообразного водорода может быть близким к его плотности в жидкой фазе.

Ключевые слова:

металлокомпозитный баллон, заполнение баллона водородом, охлаждение водорода в баллоне, математическая модель теплового режима баллона

Библиографический список

  1. Козлов С.И., Фатеев В.Н. Водородная энергетика: современное состояние, проблемы, перспективы / Под ред. Е.П. Велихова. М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009. 520 с.
  2. Todorovic R. Hydrogen Storage Technologies for Transportation Application // Journal of Undergraduate Research. 2015. V. 5. N 1. P. 56–59.
  3. Зарубин В.С., Осадчий Я.Г. Численное моделирование теплового режима металлокомпозитного шарового баллона при заполнении водородом // Транспорт на альтернативном топливе. 2021. № 2(80). С. 54–62.
  4. Woodfield P.L., Monde M., Takano T. Heat transfer characteristics for practical hydrogen pressure vessels being filled at high pressure // Journal of Thermal Science and Technology. 2008. V. 3. N 2. P. 241–253.
  5. Galassi M.C., Papanikolaou E., Heitsch M., Baraldi D., Iborra B.A., Moretto P. Validation OF CFD Mjdels for Hydrogen Fast Filling Simulations // International Journal Hydrogen Energy. 2014. V. 39. N 11. P. 6252–6260.
  6. Фатеев В.Н., Алексеева О.К., Коробцев С.В., Серегина Е.А., Фатеева Т.В., Григорьев А.С., Алиев А.Ш. Проблемы аккумулирования и хранения водорода //
  7. Kimya Problemleri – Chemical Problems. 2018. V. 16. N 4. P. 453–483.
  8. Зарубин В.С., Зарубин С.В., Осадчий Я.Г. Интенсификация теплоотвода при заполнении баллона газообразным водородом // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 6. С. 242–252. DOI: 10.34759/tpt-2021-13-6-242-252
  9. Малков М.П., Данилов И.Б., Зельдович А.Г., Фрадков А.В. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М.П. Малкова. М.: Энергоатомиздат, 1985. 432 с.
  10. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
  11. Span R., Lemmon E.W., Jacobsen R.T, Wagner W., Yokozeki A. A Reference Quality Thermodynamic Property Formulation for Nitrogen // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2000. V. 29. N 6. P. 1361‒1433.
  12. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Изд. дом МЭИ, 2016. 496 с.
  13. Simonovski I., Baraldi D., Melideo D., Acosta-Iborra B. Thermal simulations of a hydrogen storage tank during fast filling // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. V. 40. P. 12560‒12571.
  14. Bourgeois T., Brachmann T., Barth F., Ammouri F., Baraldi D., Melide D., Acosta-Iborra B., Zaepffel D., Saury D., Lemonnier D. Optimization of hydrogen vehicle refueling requirements // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. V. 42. P. 13789‒13809.
  15. Теория тепломассообмена / Под ред. А.И. Леонтьева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 462 с.
  16. http://metallicheckiy-portal.ru/alu/AMg6/ Центральный металлический портал РФ. Дата обращения 07.07.2021.
  17. Национальный стандарт РФ ГОСТ 53258‒2009. М.: Стандартинформ, 2009. 11 с.
  18. Патент RU 2707781 C1. Гибридный композиционный материал для оболочечных конструкций высокого давления. Опубликовано: 29.11.2019. Бюл. № 34.
  19. Комков М.А., Тарасов В.А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. 432 с.
  20. http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/teplofizicheskie-svojstva-sostav-i-teplop.... Дата обращения 07.07.2021.
  21. Jacobsen R.T, Leachman J.W., Penoncello S.G., Lemmon E.W. Current Status of Thermodynamic Properties of Hydrogen // Int J. Thermophys. 2007. V. 28. P. 758–772. DOI: 10.1007/s10765-007-0226-7
  22. Leachman J.W., Jacobsen R.T, Penoncello S.G., Lemmon E.W. Fundamental Equations of State for Parahydrogen, Normal Hydrogen, and Orthohydrogen // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 2009. V. 38. N 3. P. 721‒748.
  23. Идельчик И.Е. Справочние по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.
  24. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958. 414 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024